[發(fā)明專利]一種以促進聚酰胺納米囊泡生長的高性能反滲透膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111790277B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 宋瀟瀟;胡向陽;周勇;高從堦
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B01D71/64
• 分類號: B01D71/64;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發(fā)明公開了一種以促進聚酰胺納米囊泡生長的高性能反滲透膜的制備方法，它通過選取聚砜超濾膜作為支撐底膜，在支撐底膜的表面，水相胺單體和油相多元酰氯單體進行界面聚合反應復合一層聚酰胺超薄層，形成反滲透膜；并且通過調(diào)控界面聚合過程中的參數(shù)條件，從而優(yōu)化該反滲透膜的滲透選擇性。在此基礎上，在水相溶液中引入全氟丁基磺酸鉀，以促進支撐底膜表面的聚酰胺納米囊泡的生長，增大膜表面粗糙度，進而提高膜的滲透通量，進一步優(yōu)化該反滲透膜的性能。本發(fā)明制得的反滲透膜在不損失截鹽率的同時，可顯著地提高膜的滲透通量。本發(fā)明為高截留率和高通量的聚酰胺反滲透膜的開發(fā)提供了一種新的參考途徑。

技術領域

本發(fā)明涉及一種以促進聚酰胺納米囊泡生長的高性能反滲透膜的制備方法。

背景技術

地球上水資源豐富，但是來自于低洼的海洋中的水就占據(jù)著96.54％。海水中的無機鹽濃度高達3.5％，并且其中還有大量的細菌以及微生物。人一旦長時間飲用這種高濃度水將會導致人體出現(xiàn)極度脫水的情況，最終導致死亡。在地球上能為人們飲用的淡水資源僅占總水量的2.53％，將海水淡化變?yōu)槿藗兡軌蝻嬘玫乃且豁椫卮筇魬?zhàn)。此外，目前的環(huán)境水體污染問題也越來越嚴重，比如化工廠排出的廢液需經(jīng)凈化處理達標排放；醫(yī)藥、農(nóng)藥有用物質(zhì)的濃縮回收等等。因而現(xiàn)今對于一種先進水處理技術的需求顯得愈來愈嚴峻。

反滲透技術是60年代新興發(fā)展起來的、最先進的、節(jié)能的膜分離水處理技術。它的工作原理如圖1所示：當用反滲透膜將兩不同鹽濃度溶液隔開時，在該反滲透膜的高濃度一側(cè)施加一定壓力，該驅(qū)動力將會克服溶劑由低濃度鹽溶液向高濃度鹽溶液中滲透的滲透壓，從而驅(qū)使溶劑分子會向低濃度鹽溶液中擴散，這樣使得低濃度鹽溶液的濃度越來越低，從而達到分離凈化水資源的目的。早在1953年，美國佛羅里達大學的C.E.Reid發(fā)現(xiàn)了醋酸纖維素具有優(yōu)良的半透性，并設想將其運用到海水淡化領域中。隨后，1960年美國的Sourirajan和Leob教授研制出醋酸纖維素不對稱膜，水通量是同等材質(zhì)所制備的均質(zhì)膜的10倍多，這使得RO膜從實驗室走向了實際應用，此外這種相轉(zhuǎn)化制膜工藝引起了社會廣泛的研究興趣。20世紀70年代，美國杜邦DuPont公司首次發(fā)明全芳香聚酰胺中空纖維反滲透器，隨后，在1978年，Cadotte通過在聚砜支撐底膜上，選用均苯三甲酰氯和間苯二胺進行界面聚合反應開創(chuàng)了薄膜復合膜制膜的新時代。這是膜科學發(fā)展史上又一個重要的里程碑，相比于之前通過相轉(zhuǎn)化法開發(fā)出來的醋酸纖維素膜，它具有更薄的脫鹽截留層，這種較薄的膜結(jié)構會極大地減小鹽水跨膜傳輸?shù)淖枇?，從而可以顯著提高膜的滲透選擇性。目前商品化的反滲透膜大都都是通過界面聚合的方法制備出來的。

基于Cadotte開創(chuàng)出來的界面聚合制膜方法，從20世紀80年代至今，有大量的研究都是圍繞著如何調(diào)控聚酰胺分離層的微納結(jié)構從而去優(yōu)化膜的性能。通過界面聚合制備出來的聚酰胺反滲透膜的結(jié)構包括三個部分：主要起支撐作用的無紡布(厚度為100-150μm)；多孔中間層(如聚砜，聚丙烯腈等，厚度約50μm)；聚酰胺有效分離層(厚度為0.01-0.3μm)。21世紀初期，2007年，美國加利福尼亞大學的Eric M.V.Hoek提出了納米粒子混合基質(zhì)反滲透的制備方法：在水相或者油相中加入適量的納米粒子，在界面聚合過程，這些納米粒子將參與水油相反應單體的聚合反應，即原位聚合形成納米粒子混合基質(zhì)反滲透膜，由于添加的納米粒子的特殊性質(zhì)，比如氧化石墨烯片層之間的間隙，納米沸石的多孔結(jié)構等等這些特殊結(jié)構為水的運輸提供了額外的傳輸通道，從而有效地提高了膜的水通量。但是由于納米粒子多為無機材料，而聚酰胺層則為高分子有機物，將納米粒子混入反滲透膜中存在一個無機和有機材料相容性差的問題，納米粒子是否摻雜進入了聚酰胺膜中是一個值得進一步探討的科學問題，而后為了解決該相容性問題，一些科研工作者又對納米粒子進行了改性，使其更好地分散于反應水相或者油相中，進而可以更順利地一起參加界面聚合反應。